高磷鲕状赤铁矿深度还原高效利用基础研究

我国高磷鲕状赤铁矿资源丰富，探明储量达37.2亿吨，由于矿物结晶粒度微细、组成复杂、磷含量高等原因，采用传统选矿工艺无法实现有效分离，但采用深度还原的方法可以获得好的效果，因此研究该过程中的基础性科学问题具有重要的理论和实际意义。.本项目将矿物加工、冶金和冶金物理化学等多学科有机结合，突破选矿-球团（烧结）-高炉的传统理念，采用深度还原选冶一体化技术将高磷鲕状赤铁矿中的铁矿物还原为金属铁，并控制金属铁生长为一定粒度的铁颗粒，再进行分选，从而解决高磷鲕状赤铁矿的加工与利用难题。通过研究深度还原不同阶段物料的工艺矿物学特性，探究深度还原过程的反应热力学和动力学规律，研究还原后物料的分选特征，揭示深度还原过程中各种矿物反应机制、元素迁移及铁颗粒的生长规律、物料与耐火材料粘连特征，解决深度还原过程中的关键科学问题和共性技术基础问题，为高磷鲕状赤铁矿的深度还原高效利用提供理论基础。

高磷鲕状赤铁矿资源丰富，但因矿物组成复杂、矿物结晶粒度细、有害元素磷含量高、加之鲕状结构独特，传统选矿工艺难以加工利用，被公认为是世界上最难选的铁矿石。本项目以高磷鲕状赤铁矿为对象，突破选矿-球团-高炉传统理念，提出了深度还原新技术，围绕深度还原过程中矿物反应热力学和动力学机制、物相及微观结构演化、金属相形成及聚集生长、磷元素相际迁移等关键科学问题开展了系统的基础研究工作。. 针对高磷鲕状赤铁矿开展了深度还原热力学和动力学研究。根据矿石的物质组成及反应特性，完成了系统的热力学模拟；基于等温和非等温动力学分析，建立了深度还原动力学模型，获得了活化能、指前因子等动力学参数。研究了深度还原过程中矿石物相和微观结构的转化机制。揭示了铁矿物及SiO2、Al2O3、CaO等杂质组分的反应规律及历程；探明了矿石微观鲕状结构的破坏过程；提出了高磷鲕状赤铁矿石深度还原过程的简化模型。深入分析了还原过程中金属铁颗粒的形成及生长特性。进行了铁颗粒粒度的定量测量和表征，得到了铁颗粒粒度分布函数；揭示了铁颗粒的形成及生长机理；建立了铁颗粒生长的动力学模型，确定了铁颗粒生长的限制性环节。从宏观和微观尺度探讨了磷矿物的反应特性及磷的相际迁移。查明了磷在金属相和渣相中的赋存状态；探明了磷元素微观迁移的路径；获得了适宜的脱磷剂，并揭示了其作用机理；建立了磷迁移调控机制。基于理论研究，开发出高磷鲕状赤铁矿深度还原富磷和深度还原脱磷高效利用新技术，获得了铁品位和回收率均大于90%的优异指标。. 项目建立了高磷鲕状赤铁矿深度还原理论体系，形成了深度还原选冶一体化新技术，为高磷鲕状赤铁矿的高效开发利用提供了重要的理论与技术支撑。发表学术论文66篇，其中SCI收录29篇、EI收录18篇，出版专著2部，申请国家发明专利8项、授权2项，培养博士研究生6人、硕士研究生9人，参加国际学术会议4次、国内学术会议16次，举办国际学术会议1次、国内学术会议1次。